电解铝工艺

电解铝工艺（精选十篇）

电解铝工艺 篇1

电解铝的相关企业在成产和经营的过程中, 不断提升自身的经济实力和科技应用能力, 在技术研发工作中也做到了优先的特点。现如今, 清洁生产工艺的不断发展, 为电解铝的运行质量提供了较大的契机。环境效益也是电解铝生产过程中体现比较明显的方面。

2 生产工艺分析

对于电解铝来说, 在其生产的过程中, 主要采用的是熔盐来实现电解。铝电解在生产的过程中主角要是以氧化铝和氟化盐为主要的材料。其中, 直流电的主要来源是整流电。将所用材料应用到电解槽中, 通过预焙阳极导入所需的直流电, 在相对比较强大的高温下进行。作为电解质中大的氧化铝成分, 在经过化学反应之后会逐渐被分解, 呈现出一定的金属状态, 其中, 实验所用的电解槽主要是以阳极和阴极两个方面为主。其中阳极的所用碳块在经过组装之后才在电解槽中应用, 所以, 阳极碳块的科学性比较高。不仅如此, 在实际的生产中, 如果存在着残极的现象, 需要尽快在电解槽中拆卸, 将其送到装组的车间进行处理。铝结构的导杆需要按照组装的特点以及科学的工艺来进行, 并且保证铝电解在生产过程中采用直流电的形式来进行, 所以, 需要整流和母线的串联结构有机结合, 保证电解槽功能的高效性。

在电解槽工作的过程中, 很容易出现液态铝的现象, 如果压缩空气就会造成严重的负压现象。要根据压缩空气的状况来将其送到相应的生产车间, 同时将液态铝和其他成分进行混合处理。

在此过程中, 需要按照产品的牌号以及调配的要求来进行处理, 同时要对其进行合理地浇筑。在完成之后需要对铸造的成品进行检测和验证, 如果符合相关的质量标准就可以被送入到成品的位置, 如果其质量没达标就需要进行重新的生产和加工。可见, 这一流程比较复杂, 在进行的过程中还需要对技术人员和操作人员提供较高的要求, 否则就会对生产的流程产生严重的影响。需要注意的是, 如果其中一个生产环节出现了问题就会直接影响到整个流程的顺利进行, 牵一发而动全身, 所以, 生产流程的每一个环节都应该慎重仔细。

3 主导生产工艺流程资源消耗

3.1 生产工艺与设备要求

对于生产工艺和设备要求两个方面来说, 具体的数据以及相关的参数等可以从表1中得到。

3.2 资源能源消耗

3.2.1 电流效率。

电流效率作为一种重要的技术指标在实际的电解铝生产中起到至关重要的作用, 在某种程度上可以从生产技术和管理水平上进行分析和介绍。从现如今的电流效率上看。基本上已经达到了95.8%, 而且预焙槽电流的效率也可以控制在93%左右, 在这一方面上, 我国的技术水平还处于一种领先的位置, 从一级指标和二级指标的相关内容上可以看出, 提升电流的效率是完善电力系统的运行, 并且降低电力消耗量的重要方式。3.2.2直流电耗。在电解铝的耗能性来说, 各个部门都遵循着同一个生产指标, 主要以直流电耗为主。企业在实际的生产中, 受到各种因素的影响, 多数的企业都无法达到相应的标准。这也成为以后直流电耗需要解决的重要难题。如果直流电耗无法达到标准, 随着而来的就是一些不可预知的后果, 其中包括对煤炭资源的高度浪费, 生产成本大幅度提升, 除此之外就是电解铝企业的生产受到严重的阻碍。所以, 对于直流电的应用来说, 需要相关的技术人员和工作人员加强重视力度。3.2.3氧化铝单耗。现如今, 我国在电解铝方面得到了明显的进展, 无论在科学技术水平还是管理方面都具有明显的优势, 氧化铝的单耗具有一定的典型性, 给电解铝企业的生产和加工提供了重要的契机。国内电解铝企业氧化铝单耗基本上处于一级标准1930kg/t铝, 最好企业已经达到项目指标一级二级三级备料工艺与装备化铝、氧化盐贮袋装料进室内库, 灌装料进贮仓氧化盐输送浓相输送氟化盐输送密闭罐车氧化铝、氧化盐上超浓相输送、计算机控制、自动化精料段确配料工艺与产能要求≯产量以上电解电流强度, k A≥200≥160<160与装全密闭集全密闭集全密闭集备电解烟气净化系气、机械排气、机械排气、机械排统炯、干法净烟、干法净烟、干法净化系统化系统化系统。

3.3 资源能源消耗

3.3.1 电流效率。电流效率是电解铝生产过程中一项非常重要的技术指标, 它在一定程度上反映了电解生产的技术和管理水平。清洁生产一级标准指标为大于94%, 二级指标为大于93%。提高电流效率是降低电力消耗的最好措施。3. 3.2直流电耗。电解铝直流电耗低于标准时所产生的环境影响主要是:增加了燃煤量和SO烟尘排放;浪费了煤炭资源, 增加了成本。同样, 降低电力消耗是电解铝企业清洁生产首选目标。3. 3.3氧化铝单耗。随着科学技术进步和生产管理的提高, 氧化铝单耗不断降低, 国内电解铝企业氧化铝单耗基本上处于一级标准1930kg/t铝, 最好企业已经达到1920kg/t铝。多余的消耗主要是运输损耗、加料过程中的飞扬以及其他机械损失造成的, 随着机械化、自动化技术的发展, 槽体密闭程度的提高, 氧化铝的损失量是可以降低的。铝行业清洁生产评价指标体系给出1920kg/t铝, 与现有企业相比减少10kg/t铝, 降低消耗、节约资源、降低成本是清洁生产最好机会。3. 3.4氟化盐单耗。从理论上讲, 氟化铝是不消耗的, 然而在电解高温下氟化物的挥发与碱及碱土金属的相互作用和水解造成它们的损失。损失大部分被烟气带走。随着烟气净化系统的建立和完善, 这部分损失基本可以避免, 减少其挥发量的主要途径是降低电解温度。3. 3.5阳极单耗。阳极炭块理论上消耗量为393kg/t铝。国内电解铝企业炭块单耗处于420~4 3 0 kg/t铝, 最好的企业达到420kg/t铝。阳极炭块的平均利用率在7 0%左右, 主要原因是炭块纯度不高, 质量不好, 操作 (电解) 管理不善造成阳极氧化。国外阳极炭块净耗在410420kg/t铝之间。随着科学进步和生产管理的提高, 阳极炭块单耗清洁生产标准一级指标为410kg/t铝, 二级标准为420kg/t铝, 已经接近国内外企业先进水平。

结束语

通过对电解铝清洁生产工艺的分析, 找出高耗能、高物耗、高污染的原因, 然后有的放矢地提出相应对策措施, 使电解铝行业清洁生产水平达到国内外先进水平。

参考文献

[1]杨异.铝电解技术问答[M].北京:冶金工业出版社, 2009.

电解工艺控制经验总结 篇2

一、现场第一，曲线与报表第二，事先预防

1.关注现场，深入现场了解的实际与真实情况：第一就多与员工交流讨论问题，员工每时每刻都在现场，对现场的问题是最了解最清楚的，让员工把现场实际操作中碰到的现象与变化及时反馈，使自己能找到真正问题，并有效解决；第二就是自己每天现场检查时间不少于3小时，每台槽子每天巡视二次，早上上班前从烟道端看一遍槽子，对火眼，角部极保温料，角部极阳极上调情况，打击头火苗情况及氧化情况进行记录；测量两水平的时候对电解质粘度，打击头火苗情况，角部极保温料，角部极异常，打击头粘包，氧化铝下料情况进行记录，初步判断电解槽的运行情况，如槽子热或凉，过热度大或小等。主要看电解槽的火苗、电解质颜色和沸腾等情况。火苗呈淡蓝色，强劲有力，电解质颜色红、黄适中，沸腾均匀，属正常槽；火苗呈蓝紫色，结壳厚，表面一片死沉，电解质颜色发红，形成黑色碳渣结壳封闭表面，属于冷槽的表现；火苗发黄而无力，且到处冒火，电解质颜色发亮，沸腾呈现出翻滚状态，在相对平静的电解质表面飘浮细粉碳末，不结壳等，属于热槽表现。2.事先预防：现场的槽况变化一般要1到3天才会在曲线与报表一上体现，所以等到在曲线与报表出现异常时，已经对生产影响了，处理起来也困难些，损失了大些，如果我们能从现场细微的变化来判断槽子趋势，做到事先预防，这样调整起的也容易达到效果，损失也会小，所以真正的高手是预防异常的出现，而不是处理异常异常，分析方式应该是根据现场的变化情况结合曲线报表进行分析，而不是根据曲线报表上的异常再去现场找原因，真正做的预防控制。

二、勤于统计分析，建立台账，以数据说话

1.对报表的统计分析，通过长期的数据统计分析，主要根据效率、电耗、下料量、电压摆、效应综合分析，制定单槽最佳工艺参数控制标准，找出最优槽，找出规律性，根据最优槽来确定最佳的温度、分子比、电压、铝水平等工艺控制参数基准；找出最差槽，分析原因，制定整改措施，稳定的差槽一般是槽子内热大，主要是铝量少，电压过高或过低，极上料过厚，不稳定的差槽主要是炉膛不好，伸腿大，先要规整炉膛，稳定槽况，再按最优槽控制的工艺参数的标准进行控制，把差槽转换成好槽。

2.对每台槽长角情况进行统计，定期进行分析，分析伸腿的发展趋势，分析长角的规律，提高提查的准确率，按照周期规律进行提查，如果提查周期缩短或提查组数增加，就要分析伸腿是不是在长，还是提查工作质量变差；对每台槽电解粘或清亮情况进行统计，如果槽子电解质长期粘，则要去分析槽子凉的原因，是极上料少？铝水量大？还是电压低？找准原因后及时针对原因进行调整；对每台槽的取电解质量、打击头粘包堵料槽况进行统计，都能及时分析槽子的冷热趋势，针取电解质量、打击头粘包多的槽，要结合曲线进行调整工艺调整，减少异常的工作量。三、一切以过热度控制为中心

工艺参数调整要多看、少调、微调，控制思路要运用疗程管理的思想，切忌大起大落，在工艺控制过程出现异常时，首先自己要能稳住阵脚，越是在槽况出现大的波动时，越要冷静、仔细分析，切忌同时调整多个参数，遵循工艺控制原则，只有这样电解槽才有可能往你想要的方向发展。树立九区的控制思想，一切以过热度为调整中心，铝水平、电压、分子比是过热度控制的关键参数，参数要单一化调整，铝水平控制最为容易有效，而且是后期副作用小，铝水平主要因槽而异，根据槽内热情况判断，内热大、效率低、下料少的槽子，铝水走上限，但不能造成长伸腿与产生大量沉淀，保持合适的总高，总高要饱满。总之用铝水来保持电解过热度在8-12度，稳定过热度来维持电解槽的高效。

九区控制思路 现象

初晶温度低，槽温低

初晶温度低，槽温合适，过热度大

初晶温度低，槽温高，过热度大 措施

过热度小：电压上升，出铝加大过热度大：减少氟盐 减少氟盐

减少氟盐，减少出铝，下降电压 现象

初晶温度合适，槽温低，过热度小

初晶温度合适，槽温合适，初晶温度合适，槽温高，过热度大 措施

电压升高，加大出铝 保持

减少出铝，下降电压 现象

初晶温度高，槽温低，过热度小

初晶温度高，槽温合适，过热度小

初晶温度高，槽温高 措施

加大氟盐，加大出铝，提高电压

氟盐加大，出铝加大

过热度小：加大氟盐

过热度大：电压下降，减少出铝，增加氟盐

高温槽氟盐调整：火苗有力，炭渣分离清楚，阳极工作正常，电流分布正常，可以连续降低电压、增加氟盐，表面无炭渣漂浮或炭渣表黏糊，可提高电压。

四、分子比控制

关于氟盐调整： 通过统计确定单槽氟化铝的控制基准，如一期的氟盐平均在在20kg,也就是说生产一吨必须要的氟化铝消耗量，那氟盐的控制基准量一般在20±10 kg，所有槽往中心值靠，尽量要稳定，不要大起大落，当偏离了这个区间，心理要非常清楚氟盐是加多或加少了的，当槽况发生转变后，氟盐加量一定要参考前期多加或少加的量。温度高的槽子，考虑到挥发量增大，氟盐加量要在基准量上加大5 kg，温度低的槽子，考虑氟化铝的析出，氟盐加量要在其准量上减少5 kg，如果分子比温度持续走低，则可以考虑抬电压，加大出铝，氟盐尽量不停。加大氟盐量时首先要考虑的是会增加过热度，那就要想怎么通过其它参数调整来消除过热度的增加带来的影响，否则由于过热度的增加造成化炉帮，造成分子比降不下来。电解低可以加大氟盐，电解质高要考虑是不是氟盐加大了；槽过热度大不要用氟盐来降分子比，过热度低可以加大氟盐来降分子比。正常情况下调整：

1.槽温度高、高分子比：过热度小，加大氟盐；过热度大，电压下降，减少出铝，增加氟盐

2.槽温度合适、高分子比：氟盐加大，出铝加大 3.槽温低、高分子比：加大氟盐，加大出铝，提高电压

4.槽温低、分子比低：过热度小，电压上升，出铝加大；过热度大，减少氟盐

5.槽温度合适、分子比低：减少氟盐

6.槽温度高、分子比低：减少氟盐，减少出铝，下降电压 异常调整：

1.当分子比出现系列影响造成大幅波动时，要检查氧化铝钠含量、氧化铝载氟量、氟化铝质量、环境温度的变化，这些变化都会造成分子比系列的波动，这时可能根据计算值进行大幅调整，同时综合考虑对设定电压与出铝量进行调整。

2.长角造成分子比上升的，要先及时提查处理长角，同时加大氟盐量 3.第二点堵料、打击头粘包氟盐不能下入槽内，造成分子比高，先要梳通堵料点，可以人工从其它畅通点人工加氟盐

4.发生效应的槽子，要考虑效应造成的挥发损失，氟盐要比基准加大5 kg 5.不下氟或漏氟，二天对下氟情况进行一次检查，异常及时修复，不下氟造成分子比高的，可以人工补加氟化铝，漏氟造成分子比低的，要停氟，上抬电压。

五、温度、电压、铝水、NB、电解质控制

1.关于电解质温度控制，首先学会对槽温进行预测，通过观察电解质及槽内火苗状况，心中对槽温有一个预判值，再与测出的温度进行对比，有疑义的及时进行复测，避免出现误判，其次关注效应、电解质水平、氧化铝浓度、换A1B1角部极、下料时都会影响测量温度的准确性，还有就是测量的温度只是出铝口的一个点，并不能真实反映整个槽子温度，所以对温度进行调速要充分考虑这些影响因素，综合对温度进行判断，提高准确性。

2.关于电压调整：电压主要是要与铝水平相匹配，来维持热平衡，与炉底压降、电解质成份相匹配，来保证有效极距，不轻易动电压，低过热度、电压摆要及时调整槽电压，抬电压需等电解槽稳定后降回，通过单槽的统计，找到单槽的临界极距，确立单槽的最佳控制电压。3.关于铝水平控制：当天下的是第二天出铝量，所以要对槽子的发展趋势来下达出铝量，出铝量根据下料量、温度、铝水平及曲线发展趋势综合分析下达。铝水平控制因槽而异，内热大的槽子，铝水走上限，但不能造成长伸腿与产生大量沉淀，要保持合适的总高，总高要饱满，用铝量来保持电解过热度在8-12度，稳定过热度来维持电解槽的高效，当槽子过热度小时，铝水低也要加大出铝，当槽子过热度大时，铝水高也要减少出铝，来控制过热度。4.关于NB控制：根据过欠比例进行调整，过量要明显大于欠量，并且均匀，否则要适当拉长NB，效应频发槽，效应预报频发槽则要适当缩短NB。

5.关于电解质控制：电解质测量准确，调取准确，测量时要考虑电压摆电压高，换极中，出铝后，电解质粘造成测量误差，调整时考虑槽子的冷热趋势来判断，冷槽会缩电解质，可以保持高点，热槽电解质会上涨，则保持下限。

六、怎么减少电压摆与漏底、化爪

1.规范调极，单槽调极严禁超过二组，通过交接班对电压摆槽进行检查调极组数，各组相互形成约束，各组每天对责任槽调极进行跟踪检查，超过两组的及时放回；每天对电压摆的槽子进行检查评价，设置专门的调极记录本，上班调极无效的，下班及时放回；处理电压摆时不要急，组长处理不好的电压摆，自己要亲自处理，不让组长乱动极 2.选择责任心强的专人上炭环与上极上料，班组原铝质量与上炭环人的业绩挂钩；对全月无漏底化爪，给予奖励，全年无漏底化爪，给予评优评先；每天抽查2组极安装质量，指出问题，不断帮助改进 3.以责任槽为单位每天对中缝氧化处理，班组每天进行检查；对因氧化造成化爪，提查，防控工作量增加宣导，提高员工主动浇好中缝氧化积极性；对责任槽出现因氧化造成化爪的，对责任班组与组长进行评价

超声电解复合微细加工工艺试验分析 篇3

【摘 要】本文完成了对超声加工与超声复合电解加工的对照工艺试验,对超声复合电解加工过程中的注意事项作了表述,并对加工试验结果作了分析,最后指出了该种加工方式以后发展的方向。

【关键词】超声加工 超声电解复合加工 工艺试验

【中途分类号】O212.6【文献标识码】A【文章编号】1673-8209(2009)11-0-02

随着现代科学及及技术的迅速发展,航空航天领域各类飞行器及制导武器系统都趋向于精密化、小型化、微型化发展[1]。微细加工和特种加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是衡量一个国家加工制造水平的重要标志之一。微细特种加工技术已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术之一[2]。

本文针对超声加工与超声电解复合加工,做了对照工艺试验,取得了一些成果。就此两种加工方式,作出了客观分析。

1 超声复合电解加工原理

1.1 超声加工原理

超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果,其中,磨粒的机械撞击作用是占主导地位的。超声频振动加工主要是由超声波发生器、换能振动系统、磨料供给系统、工作台等部分组成。换能器产生的超声振动由变幅杆将位移振幅放大后传输给工具头,工具头作纵向超声频振动,连续的冲击磨料颗粒,颗粒又摩擦加工表面,从而去除材料成型[3,4,5] 。此加工主要特点:对硬脆材料的加工效果好。不足之处:对非脆性材料加工效果不明显。

1.2 电解加工原理

电解加工原理是基于电化学阳极溶解进行加工的。工件加在阳极,模具加在阴极,通以电流,从原理上讲是离子去除,所以有比较高的加工精度。在加工过程中要有一定流速的电解液流通,以带走电解去除的产物[6]。此加工主要特点:只有对导电材料才能进行加工,加工面积可以相相对对较大。不足之处:加工过程中会在电解材料表面产生“钝化”,加工速度会变慢;电解加工过程中存在“杂散”腐蚀,对加工精度也有一定的影响[9]。

1.3 超声复合电解加工原理

超声频振动复合电解加工,是指在超声频振动加工的基础上,同时再引入电解电源进行电解加工,从而使得两种不同的加工方式同时作用到同一个工件。

2 工艺试验情况

2.1 试验设备

主要试验设备及仪器有:BDDC-150F型精密集成化超声波电火花复合加工机,MC-6型脉冲电源,FL-2型分流器,YB54100型100MHz双通道数字存储示波器(如图1,2所示),硝酸钠,碳化硼电解液,YT15工件,小齿轮形及圆锥形工具头(如图3,4所示)等。

2.2 实验数据及加工波形

2.2.1 实验数据见表1

在以上加工过程中,用的工件材质YT15,加工连接方法如上图2所示,当单一超声加工时,图2中工件及工具头上电源线上不通电就可以,当超声复合电解加工时,在工具头及工件上接通3V脉冲电就可。

从图5、图6图片显示:图5是单一超声加工的工件照片,图6是超声复合电解加工的工作照片,两者加工的时间相同,而图5加工的精度及加工效率明显图6的。从图7左边与右边的对照来看,也可以得出单一超声加工的精度及加工效率明显不如复合加工的。

2.2.2 加工波形

以下波形是指在超声电解复合加工过程中,加了电解电压后,在加工过程中,电流波形的测量,从而形成复合加工时电压与电流的对照。

图8(上)为复合加工时所加的电解脉冲电压波形,图8(下)为复合加工时所测量得到的加工电流波形。图9为又通道示波器电压电流的对照波形。从图9可以得出:在电解脉冲电压为正时,复合加工时才有超声频振动电流。这与理论上结论相一致。

2.3 超声复合电解加工过程中的注意事项

第一:在复合加工时,要先启动超声加工,后再加入脉冲电压。

第二:在复合加工时间到时,要先关闭脉冲电压,再关超声机。目的是防止电解过程中的短路。

第三:在工件与工作台之间,要做好绝缘。

3 试验分析及展望

从图5及图6对照及图7左、右的对照来看,可以得出:复合加工的效果及效率都明显比单超声加工的效果好,加工精度及加工深度都要强。

在后续研究超声电解复合加工时,要注重两者复合的同步问题,那样加工效果会更理想。

参考文献

[1] 刘大响,金捷.21世纪世界航空动力技术发展趋势与展望[J],中国工程科学,2004,6(9):1-8.

[2] 王经光,浅谈特种加工在现代制造业中的应用[J],机械工程与自动化,2004.10(5):105-106.

[3] 徐立锦,超声加工在汽车工业中的应用,重型汽车,1996,(2):26-27.

[4] 杨周铜,高速超声加工工具的研究与应用,应用声学,1996,16(5):32-35.

[5] 曹凤国,张勤俭,超声加工技术的研究现状及其发展趋势,电加工与模具,2005(增刊):15-31.

[6] 谢晓芬,朱荻,曲宁松,张朝阳.纳秒级脉冲电流电解加工定域性的试验研究[J],电加工与模具.

[7]T. T.Howe,Digest of Technical Papers from Transducers [J],1987:4-7.

[8]Kenichi Takahata,Y.B.Gianchandani,Batch Mode Micro-Electro-Discharge Machining,Journal of Microelectromechanical Systems[J],2002,(4):102-111.

人造金刚石电解提纯工艺探讨 篇4

金刚石作为一种极限功能材料, 在力学、热学、光学、电学、声学和化学等方面, 具有其他材料不可比拟的优异性能, 已广泛地应用于工业、科研、国防、医疗卫生等领域[1]。国内合成工业级金刚石单晶的主要方法是粉末静压触媒法, 在高温高压合成之后的石墨柱中含有金属、石墨、白云石、叶蜡石等物质, 因此需要用物理/化学方法将其除去。传统的提纯工艺多采用王水来去除触媒金属, 但此方法因为对环境污染严重、劳动强度大、金刚石损失量高、金属镍无法回收创效等原因, 已被电解提纯金刚石工艺所取代[2]。近年来, 随着工业级金刚石价格的持续走低, 为了提高公司产品的竞争力, 降低提纯成本提高触媒金属的提取率已经成为必然的选择。

在实际生产过程中, 工业级金刚石电解提纯工艺影响因素非常多, 必须同时控制好各个影响因素才能达到提高金属提取率的目的。本文实验主要研究了石墨柱破碎粒径大小、整流柜电压的选择、电解液浓度、电解液温度高低、电解液PH值、阴极凸起枝杈数目等影响因素, 并分析了各要素产生影响的原因, 希望能为人造金刚石电解提纯工艺的完善起应有的作用。

2 实验

采用单因素变量考察了实际生产过程中各个工艺条件对电解效率的影响, 其中相对电解效率采用阴极铁板上镀附的金属重量与石墨柱配方中总金属重量的比值 (金属提取率) 表示。为了确保实验结果的准确性, 所有实验在同一条电解槽中进行, 且操作工人、阳极石墨柱装入量等影响因素保持不变。

3 实验结果与分析

3.1 石墨柱破碎粒径大小对电解效率的影响

将合成后的石墨柱在静压破碎机上碾碎, 然后用目数分别为2、3、4、5、6、7、8、10的筛网进行筛分, 分批次装入电解槽中进行电解。由图1中可以看出, 随着筛网目数的增加, 金属提取率呈上升趋势。因为单位体积石墨柱破碎得越充分, 其比表面积越大, 电解液与石墨柱接触得也越充分且更易渗透, 所以更有利于金属合金的电解提取。但是, 在石墨柱破碎的过程中, 金刚石单晶会发生挤压碰撞造成损伤。在显微镜下观察发现, 石墨柱破碎得越充分金刚石单晶损伤率越高。因此在生产工艺操作中, 选用筛网目数为5的筛网筛分后电解。

3.2 整流柜电压的选择对电解效率的影响

电解整流柜的作用就是将380V的电路变换为低电压大电流的直流电路, 在无特殊情况下, 电解槽的电压与电流呈正相关性[3]。因此, 在实验过程中采用电解槽电压的高低表示电流的大小。从图2中可以看出, 在一定范围内, 随着电压的调大, 金属提取率呈上升趋势;电压增大到一定程度后, 金属提取率开始下降。这是因为随着电压的调大, 电路中的电流密度变大, 阴、阳极上单位面积积累的电荷数增加, 使石墨柱中的触媒金属更易失去电子而形成金属阳离子, 同样使金属阳离子也更易在阴极上沉积。但电解电路中存在电化学极化、浓度差极化和电极表面生成一层氧化物薄膜等原因[4], 过高的电流密度更易使阴极极化、阳极钝化, 引起阴极金属沉积减少, 并且导致电力的浪费。因此, 综合考虑各方面因素, 在实际生产操作中选用14-15V作为电解电压。

3.3 电解液浓度对电解效率的影响

由于检测手段的限制, 采用在电解槽中增加电解液的重量表示电解液实际浓度的高低。在实验过程中保证每次加入电解液的时间间隔是相同的。从图3中我们可以看出, 单位时间内随着电解液加入量的增加, 金属提取率呈明显上升趋势;超过一定范围后金属提取率开始下降, 且在电解槽四周及底部会镀附一层金属, 阳极的石墨柱板结在一起。原因是电解液中含有大量的正、负离子, 它们之间存在相互作用力, 离子浓度越大相互作用力越强, 结果使离子的运动速度降低, 析出的金属离子不能及时运动到阴极板上, 而是在附近的其他物质表面得到电子被还原成金属单质。所以在生产过程中选用300KG的加入量最合适。

3.4 电解液温度对电解效率的影响

电解液温度对电解效率的影响见图4, 起初随着温度的上升, 金属提取率呈上升趋势, 达到80℃以后开始下降。由于电解液存在弛豫效应和电泳效应[4], 弛豫效应是指正、负离子形成离子氛, 在外加电场作用下, 中心正/负离子向阴/阳极移动, 外围离子氛的平衡状态受到损坏, 这就形成了不对称的离子氛, 从而阻碍正、负离子运动;电泳效应是指在外加电场的作用下, 中心离子同其溶剂化分子同时向某一方向移动, 而带有相反电荷的离子氛则携同溶剂化分子一起向相反方向移动, 从而增加了黏滞力, 阻碍了离子在溶液中的运动。我们知道温度是物质内部分子或原子热运动剧烈程度的标志, 随着温度的上升, 电解液中的离子无规则运动加剧, 打破弛豫效应和电泳效应所需要的时间越来越短, 使电解液的浓度差极化降低, 结果就显示出金属提取率的增加。但离子无规则运动过于剧烈反而不利于它们定向移动, 同时电解液蒸发量加大也导致电解液浓度降低, 致使金属提取率开始下降。因此, 电解液温度控制在75℃~80℃为宜, 这既能保证金属提取率, 又不至于使电解液蒸发量过大, 导致电解成本上升和劳动环境恶化。

3.5 电解液PH值对电解效率的影响

实验结果见图5, 在一定范围内PH值的高低对电解效率影响不大, 因此在生产操作中PH值不要过低过高即可。PH值低可以增加电解液的导电性, 提高电流密度, 但氢离子与金属阳离子在阴极被还原的时候是相互竞争的关系, PH值过低会使阴极铁板表面镀附的金属合金减少且过于牢固, 另外铁板损失率也会增加。PH值高的电解液[5], 虽然有分散能力好、电解效率高的优点, 但当电解液的PH值过高时就会出现碱式盐沉淀的倾向, 使电解液出现混浊, 从而恶化电解液的使用寿命。

3.6 阴极凸起枝杈对电解效率的影响

由于多种原因导致阴极板表面电荷不均衡, 在金属阳离子镀附过程中, 某些部位生长得比较快, 形成所说的阴极凸起枝杈。在实验过程中, 我们采用划断枝杈的次数代表阴极凸起枝杈程度的大小, 划断次数越多, 阴极凸起枝杈程度就越低。从图6可以看出, 随着划断次数的增加, 金属提取率逐步上升。众所周知, 导体电荷密度的大小与表面的曲率有关[6]:导体表面凸出的地方 (曲率较大) , 电荷就比较密集, 即电荷面密度较大;表面较为平坦的地方 (曲率较小) , 电荷面密度较小。所以说凸起的枝杈不利于金属离子镀附在阴极板上, 在生产中必须将其划断, 划断次数跟枝杈多少相关。

3.7 其他因素对电解效率的影响

除了以上讨论的影响因素外, 还有其他很多操作因素对电解效率有影响, 如石墨柱装入量的多少, 装料是否均匀, 铜排接触点是否打磨干净, 铜排螺丝是否拧紧, 电解液循环情况, 电解时间长短, 阴阳极材料的表面性能等。另外, 电解液成分对电解效率也有着极其重要的影响, 此处暂且不做谈论。

4 结论

本文通过实验, 分析研究了各个工艺因素对电解效率的影响, 得到如下结论: (1) 被电解的石墨柱粒径控制在5目筛网为宜; (2) 整流柜电压控制在14-15V较为合适; (3) 一个周期内电解液的加入量为300KG较好; (4) 电解液温度控制在75℃~80℃较为理想; (5) 在一定范围内PH值的高低对电解效率影响不大, 在生产操作中PH值不要过低过高即可; (6) 划断阴极凸起枝杈的次数与其生长情况相关, 一般情况下一个周期内需划断20次左右。由于人造金刚石电解提纯工艺影响因素非常多, 只有结合实际生产情况对症下药, 将各个影响因素都调到最佳状态, 才能保证触媒金属的提取率。

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电解铝工艺 篇5

采用电解/UASB/SBR工艺可有效地处理氟磺胺草醚农药废水,处理后出水水质符合<污水综合排放标准>(GB 8978-1996)的二级标准.

作 者：王永广 杨剑锋 丁春梅 WANG Yong-Guang YANG Jian-Feng DING Chun-mei  作者单位：王永广,WANG Yong-Guang(扬州大学,环境科学与工程学院,江苏,扬州,225009)

杨剑锋,YANG Jian-Feng(吉林油田设计研究院,吉林,松原,131200)

丁春梅,DING Chun-mei(扬州市城市规划设计研究院,江苏,扬州,225001)

刊 名：中国给水排水  ISTIC PKU英文刊名：CHINA WATER & WASTEWATER 年，卷(期)：2005 21(3) 分类号：X703.1 关键词：农药废水   电解   UASB工艺   SBR工艺  

电解铝行业消沉中孕育生机 篇6

但值得庆幸的是，这种消沉局面不会持续太久。随着国家为保障国民经济持续稳定发展，为保障产业结构的合理性并提高资源的利用率，日前政府提出将采取措施制止钢铁、电解铝、水泥行业过度投资，同时要采取有效措施，努力缓解当前重要原材料等方面存在的供求矛盾。预计未来两年电解铝行业将无新增项目。

受市场因素影响，预计氧化铝的价格在未来一段时间内将呈下降走势。而后由于电解铝产量受减产和停产等因素的影响将会减少，而在市场对电解铝的需求继续保持提高的基础上，电解铝的价格将有望重新恢复上升趋势。在此过程中，质地优良的规模企业产能将进一步扩张以保持规模效益的提高。

至2005年，在市场规律和诸多有利因素的影响下，作为行业的领头羊，电解铝行业上市公司的经营环境将在经历痛苦的困境有所好转，企业效益将得到大幅提高。

电解铝行业目前困境重重

目前电解铝行业所面临的困境，主要由以下几方面原因造成。

氧化铝的价格大幅上涨。从2003年初开始，国内氧化铝的价格一路上扬，从2002年年底的1800元／吨上涨至目前的3600元／吨左右，涨幅达100％。而进口的冶金级氧化铝的到岸价也由2002年年底时的每吨180美元左右，上涨到480美元左右，翻了近3倍。按照一般贸易项下进口氧化铝10％进口关税和17％的进口增值税计算，目前进口氧化铝到达国内港口成本已经达到每吨4500元。由于国内氧化铝瓶颈现象的存在，其价格将会在高位维持较长的一段时间，这将极大提高电解铝生产企业的成本。

国内产能过剩、产品价格偏低。目前国内电解铝生产厂家约130家，2003年中国电解铝产量为550万吨，比2002年增加110万吨，而国内的市场需求约为460万吨，出口量约为80～90万吨。国内的产能约为650万吨，相对国内的市场需求来说处于相对过剩的水平。也正是由于电解铝产能过剩的影响，国内电解铝在成本大幅上涨的情况下(一般两吨氧化铝产一吨电解铝，因此，电解铝的成本将增加3500元左右)，其平均销售市场价格从2002年的13500元／吨涨至2003年的14600元／吨。也就是说，在2003年内，电解铝的价格平均只涨了1100元／吨左右，氧化铝涨价所增加成本大部分都由电解铝生产企业承担了。因此，2004年电解铝行业将会受到上下游行业及行业自身内部的挤压，一些企业的生存将受到威胁。

电力紧张、电价上涨雪上加霜。国内电解铝行业作为耗电大户，电力紧张和电价的上涨将带来两大不利后果：一是生产无法正常进行。部分电解铝生产企业因电力原因而造成停产，另外还有部分企业被迫减产，二是生产成本增加。从2004年开始，火电电价上涨七厘已成为现实，以前铝冶炼企业享受的电价优惠政策逐步被取消，另外电价还有进一步上涨的可能，有可能在七厘的基础上再增加一分二。据测算，电解铝企业用电每千瓦时涨价0．01元，将增加成本150元以上。

出口政策调整降低利润水平。根据国家相关部门的规定，从2004年起铝锭出口退税率从15％降到8％正式实施。以买断形式进口氧化铝、然后加工成铝锭再出口的企业其生产利润空间大幅降低，每吨出口铝锭将直接减少退税收入约500元，而目前国际市场铝锭价格的上涨幅度较小，不足以弥补退税造成的损失。另外2003年国内有将近90万吨的铝锭出口，如果2004年铝锭出口量减少，而大部分返销到国内市场，将造成供应量大量增加，对2004年铝价产生压制作用。

电解铝行业的发展机遇

氧化铝价格远期将会下降

首先，对氧化铝的大量投资在2006年左右投产后，将使氧化铝的供需缺口得到缓解。目前国内氧化铝的产能大约为550万吨左：右，而生产一吨电解铝需要约两吨氧化铝，除去部分来料加工进口的氧化铝外，2003年氧化铝进口约400万吨左右。预计2004年进口氧化铝将达500万吨左右。国内氧化铝市场现在基本由中铝公司垄断，而进口渠道则由五矿和中铝垄断，在对某种产品形成垄断的状况下必然产生超常的利润空间。在此情况下，国内的部分地方企业已开始从国外引入生产氧化铝的技术并开始在利用自身的资源优势积极从事氧化铝的生产，届时投产后将对中铝的垄断地位形成挑战。而中铝为了跟上市场的节奏，也积极地进行氧化铝工程的扩建。从现在的形势看，包括新希望在内的地方企业形成的产能有200万吨左右，预计大部分在2006年投产，而中铝自身扩建的产能有200万吨左右，也将在2006年开始陆续投产，届时由于氧化铝产能的提高将极大缓解供需紧张的局面。

当中铝对氧化铝供应的垄断局面被打破，电解铝行业企业的生产成本将趋向下降。预计随着进入WTO后，关税和包括配额在内的非关税等保护措施将逐步取消，届时将对行政措施造成的垄断的行业形成一定的冲击。目前氧化铝的一般贸易关税已经由10％降至8％，在贸易壁垒因素逐渐减弱、关税逐渐降低和供需紧张局面缓解的影响下，预计氧化铝的价格也将会有所下降。

电解铝企业的经营成本目前由于氧化铝价格的大幅上涨和电力基金的征收等因素极大地提高。多数电解铝企业的经营效益都将大幅下滑，经营环境也极度恶劣。在恶劣的形势下，部分经营困难的企业将减产甚至会倒闭。而最终造成的影响将是整体电解铝产量的减少，继而将影响到对氧化铝需求的减少，也将间接影响到氧化铝的市场价格，受需求减少的影响，氧化铝的价格也将随之有所下降。

宏观调控，优胜劣汰，供需平衡

目前电解铝产能过剩局面主要是由于地方政府为保护自身的利益、不顾国家有关部门的规定、变相从事电解铝的生产而造成，这种无序投入生产导致的最终结局是一方面地方从事的新建电解铝项目生产规模较小(多为年产5万吨以下)，不仅不具备规模效益，并且造成资源的浪费和环境污染另一方面由于地方新增电解铝项目数量较多，在各自为政的生产条件下，造成总体电解铝产能规模过大，不仅扰乱了正常的供需关系，也使自己成为牺牲品。

从近期政策看，国家开始意识到资源所具有的重要作用，日前政府提出将采取措施制止钢铁、电解铝、水泥行业过度投资，同时要采取有效措施，努力缓解当前重要原材料等方面存在的供求矛盾。另外中国银监会日前也发出通知，对钢铁、电解铝等部分行业的贷款情况开展专项检查。相信在国家有关部门的宏观调控有效实施的基础上，在市场自身优胜劣汰的规律下，电解铝市场的自身供需将得到有效平衡。

一方面，有效的宏观调控将限制增量项目的投入。在国家有关部门规定将不允许新增电解铝项目的开工，宏观调控有效地实施将为电解铝行业内的调整提供有力的基础保障。另一方面，国内外氧化铝的企业一般不愿意与小规模企业有合作关系，因此，小规模企业的原料来源得不到保障，甚至进货成本高于规模企业。另外大规模企业在规模效益上明显强于小企业，并且有稳定的客户来源和产品质量保证，小规模企业在市场得竞争中相对处于劣势。加之由于电价上涨等原因造成的生产成本进一步的提高，最终的结局是小企业的减产甚至停产并导致破产。

在国民经济稳定发展的基础上，随着电力、汽车、房地产等行业的发展，铝等原构料的需求会不断提高。另外市场对新材料的开发、应用也在不断拓展中，在以铝材为代表新材料得到广泛的应用过程中，对铝等原构料的需求将进一步提高。2003年国内市场需求约为460万吨，2004年预计为520万吨，而随后的2005年为580～600万吨左右。在国内市场需求提高的同时，随着全球经济的复苏，国际市场对铝需求也将不断提高。

没有新项目开工、中小规模电解铝生产企业减产和停产和规模企业的产能进一步捉高，同时在市场需求捉高的基础上，将使国内和国际市场电解铝市场的供需重新平衡。

电解铝价格存在进一步上涨空间

由于产能过剩的影响，在上游原料氧化铝价格大幅上涨和美元2003年大幅贬值的基础上，电解铝价格2003年平均价格水平比2002年上涨1100元／吨，涨幅约为8．15％，明显低于成本上涨的幅度和国际计价货币的贬值的幅度。在国家整顿电解铝市场政策有效实施的基础上，以及实际产量增长比例小于市场需求增长比例的影响下，电解铝的价格将会存在进一步上升的动力和空间。预计2004 年电解铝的平均价格将会达到17500元／吨的水平，并会在17000元／吨～18000元／吨的范围内波动。

在深沪两市上市的多数电解铝企业的质地优良，并具有行业的代表性，部分电解铝生产企业近期正在或计划实施产能的扩张，尽管企业的生产成本相对前几年在提高，但在产能扩张、规模效益提高和产品价格上涨的基础上，企业将会弥补由于氧化铝、电价等价格上涨带来的成本增加并进一步扩大自身的盈利水平。

上市公司投资价值

基于电解铝行业将长期向好的判断，我们建议重点关注企业资产质量优良、具有行业代表性并在未来具有较大产能扩张的电解铝行业上市公司。

从在深沪两市电解铝行业上市公司对外发布的公告可知，兰州铝业、中孚实业、焦作万方、云铝股份和关铝股份都正在或计划实施产能扩张。根据这些公司的预期产量，我们可以推断出五家公司在产能扩张后的实际产量增长情况。

离子膜电解加酸工艺浅析 篇7

电解槽阳极室加入盐酸是离子膜电解控制的一项重要指标, 加酸还是不加酸, 加酸量多少一直是许多氯碱厂家争议的问题。伍德的离子膜电解技术有加酸工艺 (电流大于4KA时) , 伍德公司希望用户正确的采用加酸工艺 (保证阳极液进出槽的酸度达到指标要求) , 但新的离子膜在运行一两年之内伍德公司并没有要求加酸。所以为了更好的实现设备的正常长久运行, 是否加酸是很值得进行探讨的。

1 离子膜电解槽阳极加酸的反应机理:

电解槽加入盐酸是中和通过离子膜从阴极室迁移的OH_;这也相应地反映了离子膜的电流效率。当电流效率高的时候, 迁移的OH_很少;随着运行时间的推移, 离子膜性能的下降, 电流效率逐渐降低, 从阴极室迁移的OH_越来越多。

阳极室反应:2CL--2e—CL2

阴极室反应:2K++2H2O+2e—2K++2OH-+2H2

2 加酸的利弊分析

2.1 加酸的有利影响:

(1) 氯气纯度高, 由于OH-在阳极室失去电子生成O2, 从而降低了氯气纯度, 随着p H的增加氯中含氧相应的增加, 对于后续工序的氯化氢纯度和VCM有影响, 加酸降低含氧量。

(2) 阳极涂层受腐蚀程度小。KCl晶体沉淀在阳极半框的底部和与阳极半框相邻垫片的内部导致氯酸盐扩散到阴极半框从而造成点蚀和腐蚀, 如果电解厂房的温度低会加速次反应的生成。

(3) 正确数量加酸能够准确计算膜的阳极效率。单槽的电流效率很难计算, 根据阳极液的进口酸度来计算阳极电流效率, 从而掌握单槽离子膜的工作效能。

(4) 不加酸或者酸量不足时, 随着电解槽的运行Fe (OH) 3在膜的阳极附着槽电压普遍偏高, 虽然树脂塔精盐水做出的Fe2+为ND, 但目前槽电压普遍趋势偏高, 就7KA电流而言电解槽槽电压为494.1V。

(5) 加酸的目的是因为膜的效率不是100%, 返回的OH-会在阳极室中生成KCl O3/KCl O等对电解不利的物质。加酸能够减少阳极液中的KCl O的含量, 故此减少了对阳极垫片的腐蚀。

2.2 加酸的不利影响:

(1) 向电解槽内加酸不能够除去Cl2中的CO2. (伍德在过滤盐水槽之前有在过滤盐水酸化罐内加酸以除去CO2) , 但电解槽内加酸无法去除槽内所产生的CO2。

(2) 防止酸过量出现膜酸化, 电解槽在突然停车时, 电解槽加酸的联锁要快速反应, 动作到位。

3 电解槽运行加酸的要求

3.1 当电流达到4KA以上时才可以加酸, 因为电流4KA以上, 各项指标趋于稳定并易于控制;加酸前应加入适当的淡盐水, 目的是保护钛管, 防止酸对钛的腐蚀。

3.2 保证盐酸质量, 高纯酸的指标为:Ca2++Mg2+≤0.5ppm Fe3+≤0.3ppm HCL≥31wt%游离氯≤5ppm盐酸中杂质超标会对离子膜造成污染, 从而导致离子膜性能下降。

3.3 加酸量的多少与电流、电流效率以及单元槽数量有关, 电流越高加酸量越大, 电流效率越低加酸量越大, 单元槽数量越多加酸量越大, 一般参照伍德电解槽提供的计算模式 (伍德给出计算量即FHCL= (0.8~1.2) *158*KA*[0.06* (97- (90~98) +0.12]) 。

3.4 我厂所采用的是伍德高电密电解槽, 加酸的浓度为18% (与纯水有一定的配比) , 目的防止在酸与盐水的汇合处盐的晶体析出。

3.5 指标的控制:在伍德电解槽提供的操作手册中要求进口酸度≤0.15N, 出口酸度0.001N~0.005N;优先考虑出口酸度, 最佳控制为0.003N, 其次考虑进口酸度。

3.6 加酸量的控制:向电解槽加入盐酸量要逐渐缓慢地加入, 因氯气在阳极室和阳极液酸化罐的溶解度受酸度的影响较大, 加入量过大与过小会造成氯气压力波动厉害, 有时导致压差波动而导致停车。 (伍德给出计算量即FHCL= (0.8~1.2) *158*KA*[0.06* (97- (90~98) +0.12])

参考文献

铝合金电解加工工艺特性实验研究 篇8

电解加工由于既没有机械加工中的切削力和切削热的作用,也没有电火花加工中的热影响,同时又有加工效率高、加工质量好等众多优点,是一种有效的加工方法,并且在加工成型规律、阴极设计以及加工基础规律等方面已经积累了丰富的资料[2,3,4,5,6,7]。但是,目前对于铝合金的电解研究主要集中在表面处理以及电解抛光等方面[8,9],而对电解加工却研究较少,这使得在铝合金电解加工中可参考的资料不多。因此本工作对铝合金材料的电解加工做了基础实验研究,以作为参考,进行后续研究及应用。

1电解加工参数分析[10]

在电解加工中,加工间隙是核心的工艺因素,它是决定加工精度的主要因素,直接影响加工效率、表面质量,它受电场、流场及电化学特性三方面多种复杂因素的影响。主要体现在工件、阴极,以及加工参数方面。

通常利用式(1)计算加工中的平衡间隙Δb:

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式中:η为电流效率;ω为体积电化当量(mm3·A-1·min-1);κ为电解液电导率(Ω-1·mm-1);U为阴、阳极之间的电压(V);δE为电解加工阴、阳极电极电位值总和(V);v为溶解速度(mm·min-1)。

通常合金材料的ω值用式(2)计算:

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式中:ρ为金属密度(g/cm3);F为法拉第常数,其值取为96500(A·s/mol);A1,A2,…,Aj为对应元素j的相对原子质量;n1,n2,…,nj为对应元素j的溶解原子价数;a1,a2,…,aj为对应元素j的质量分数。从式(2)可以看出ω除了与元素的质量分数、相对原子质量有关外,还与元素的溶解原子价数有关,而对于有多种原子价的元素,在电解加工过程中是难以准确确定元素以何种价态参与反应,因此根据式(2)得到的仅是一个参考值。而且在电解加工中,由于电流效率η,体积电化当量ω都与实际工艺条件密切相关,故通常把ηω的乘积作为一个工艺数据来考虑,将其称为实际体积电化当量,一般通过实验测定。

对于电解液电导率κ,主要决定于电解液组分、浓度和温度,在本实验中,确定利用质量分数为20%～24%的硝酸钠(NaNO3)电解液,这样影响电导率的因素仅为温度,电导率与温度的关系可用式(3)计算:

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式中:κt,κ18分别为溶液在t℃和18℃时的电导率;α为温度系数,中性盐一般取0.02(℃-1)。

2正交试验及结果分析

根据上述分析,加工间隙是工件、阴极和加工参数综合作用的结果,在工件特征以及阴极确定的情况下,只需考虑加工参数的影响。在加工参数中,本工作利用正交试验法考察加工电压、电解液温度和加工进给速度对平衡间隙影响的规律,而将影响加工精度的重要因素,即底面平衡加工间隙的大小作为考察指标。

2.1正交试验

正交试验法是利用正交表科学地安排与分析多因素试验的方法,是最常用的试验设计方法[11]。本文利用L9(34) 正交表进行三因素三水平正交试验,研究加工电压(A)、电解液温度(B)和加工进给速度(C)对铝合金电解加工特性的影响规律。

试验因素水平、试验方案及测量结果分别示于表1,2。

2.2结果及分析

利用表2中得到的底面平衡间隙值,可以计算得到试验方差分析结果,如表3所示。

查F分布表,得到两个临界值:

F0.01(2,2)=99

F0.05(2,2)=19

对比两个临界值,由表3方差分析可知,显然进给速度v与加工电压U对加工间隙的影响均十分显著,而温度对加工间隙影响较小。从各因素对加工间隙影响的重要程度方面看,电压的影响最为显著,进给速度次之,温度影响最小。

同时在实验中还发现,虽然温度对铝合金的加工间隙影响最小,但却对电解加工质量有影响。在电解液温度低于25℃时比较容易出现流纹,有短路的危险,这是不允许的。而当电解液的温度高于30℃后,

流纹就不会出现。而通过实验研究,加工温度以30～40℃为宜。

3平衡状态ηω值的计算

根据电解加工基本理论,在进入平衡加工状态后,阳极溶解速度与工具阴极进给速度达到动态平衡,在理论上认为二者在数值上相等,利用式(4):

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通过测定加工面积S上的电流I,就可计算出相对应的实际体积电化当量ηω。但是在一般电解加工过程中,电流I在加工全过程中并不恒定,即使在平衡状态加工过程中,电流I也是随着时间t波动,即I=I(t),若定义波动幅度δ为:

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式中:wp为波动的波峰;wt为波动的波谷,则当δ很小时(本文取δ小于2.5%),此时应该可以认为加工进入平衡状态,时间为t∈[t1,t2],求取总电量Q:

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这样可求出这一时间段的平均电流:

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然后利用式(4)可以解出平衡状态下的ηω值。

在实验中,通过记录一定时间间隔的电流值,得到一组数据(Ik,tk)(k=1,2,…,n),利用软件MATLAB求出这组数据的最小二乘m(m

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使得

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为最小。式中,am,am-1,…,a1,a0为待定系数。

这样则可由式(6)和(7)求出平均电流值,然后利用公式(4)可以解出平衡状态下的ηω值。

实验中,通过调整加工电压和进给速度的不同参数,得到很多的数据,图1是加工结果照片,图2是部分由测得的电流值以及相应的拟合方程所绘曲线。图2中标注数据为加工电压,电解液温度,进给速度。

通过数据点及拟合曲线,可以看出在进行加工一定的时间后,电流的波动已经很小,这种情况应该可以认为加工进入了平衡状态。通过计算可以求得使用质量分数为20%～24%的硝酸钠(NaNO3)电解液时,平衡状态下的实际体积电化当量ηω等于2(mm3/A·min),误差不大于5%。

4结论

(1)在加工工艺参数方面,进给速度和加工电压对底面平衡间隙影响最大,应优先考虑。温度影响较小。

(2)在铝合金的电解加工中要考虑温度的影响。在电解液温度较低(小于25℃)时,易产生流纹,有短路危险。而当电解液温度在30～40℃变化时,加工表面光滑平整,无流纹出现。

(3)在加工进入稳定状态后,得到了实际体积电化当量ηω的数值,在电流密度i=20～40A/cm2时ηω=2(mm3/A·min)。

摘要：对铝合金电解加工工艺特性进行基础实验研究。通过分析影响电解加工平衡间隙的因素,利用正交试验对加工电压、电解液温度及工件进给速度对平衡间隙的影响进行了研究。实验表明:加工电压与工件进给速度的影响较大。并同时利用实验对电解加工中的重要参数平衡状态下的实际体积电化当量ηω进行了计算。

关键词：铝合金,电解加工,正交试验,电化当量

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纯铝材电解液微弧氮化工艺探讨 篇9

氮化铝陶瓷因具有优良的力学、热学、光学和电学性能而受到广泛关注。制备氧含量低、结晶良好的高质量氮化铝薄膜对促进氮化铝在微电子和光电子器件等方面的应用至关重要。磁控溅射、脉冲激光沉积等是制备氮化铝薄膜的成熟技术[1,2,3,4],但对设备要求高、制备工艺复杂。电解液微弧氮化是借鉴电解液微弧碳氮化[5]的一种新工艺,在脉冲放电情况下,利用电化学方法在材料表面产生火花放电碎弧,在等离子体化学、电化学和热化学共同作用下生成氮化物陶瓷层。与传统的气体等离子体氮化工艺相比,电解液微弧氮化技术具有处理时间短、工艺简单等优点,如果应用于生产将是一种很有发展前途的表面处理技术。目前,还未见微弧氮化制备氮化铝陶瓷膜的相关报道。本工作使用电解液微弧氮化工艺在纯铝材上原位生长AlN膜,采用正交试验优化工艺,并研究了最优工艺制备的膜层的物相、形貌,探讨了占空比、放电频率对膜层硬度、绝缘电阻及耐压值的影响。

1 试 验

1.1 AlN膜的制备

基片为纯铝材,尺寸为20 mm×10 mm×1 mm,依次用600,800,1 000号水砂纸打磨去除表面的氧化膜,经丙酮、超纯水超声清洗晾干后备用。

用PN-Ⅲ型直流脉冲电解液微弧放电装置制膜,以不锈钢为阴极,纯铝试样为阳极,用水冷系统和搅拌系统对电解液降温使其温度不超过50 ℃。试验开始时采用恒流模式,起弧放电后改用恒压模式,调节电压控制旋钮到所需值进行稳定微弧放电直至放电结束。

电解液配方:100 mL 超纯水,0.5 g (NaPO3)6,15.0~35.0 g CO(NH2)2 ,1.0~5.0 g 辅助添加剂EDTA-2Na。正向脉冲电压470 V,占空比10%~30%,放电频率0.4~1.5 kHz,两极板间距为30 mm,处理时间根据放电火花熄灭情况而定。

1.2 正交试验设计

设计正交试验L9(34)来优选工艺,因素水平见表1。分别以膜层绝缘电阻、硬度、耐压值的50%,30%,20%的权重计算综合评定。

1.3 测试分析

用D8 ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)分析试样的物相。用JSM-6700F型扫描电镜(SEM)观察试样的形貌。用HX-500显微硬度计测试试样硬度,载荷2 N,加载30 s。用ZC36型超高电阻(1017 Ω)微电流(10-14 A)测试仪测定样品绝缘电阻。用YBZ670耐压测试仪AC/DC (0~15 kV/10 kV)测定试样的耐压值。

2 结果与讨论

2.1 工艺优化

正交试验结果见表2。由表2可以看出:影响试验的各因素由主到次依次为A,C,B,D;最优试验方案为A1B2C2D2,即35.0 g CO(NH2)2,3.0 g EDTA-2Na,放电频率1.0 kHz,占空比20%。电解液加入EDTA-2Na后,铝离子与EDTA-2Na配位,但试验表明EDTA-2Na的添加量对溶液中悬浮的沉淀物的形成以及试样表面成膜的影响均较小。

2.2 膜层物相

最优工艺制备的样品的XRD谱见图1。由图1可知:电解液微弧放电生成的是较纯的AlN陶瓷膜;除了存在很强的AlN(200)特征峰外,在(111),(220),(311)晶面也有较强取向,与AlN的标准图谱一致,仅峰强度有差别。

膜层制备过程中含有电晕、火花、辉光、弧光等多种放电形式,反应非常复杂[6]。电解液中的主要成分CO(NH2)2在放电过程中将产生大量含氮的自由基[N],为铝材上原位生长AlN膜提供氮源。反应过程中,电解液温度不超过50 ℃,但试样表面局部微弧火花放电区域产生瞬间高温提供给Al,N粒子足够的能量,达到或超过AlN反应形成热,使其进行充分有序排列,从而形成晶态AlN薄膜。随着表面密集细碎的微弧产生,热量增大,吸附粒子在样品表面水平方向平行运动的动能增大,表面扩散能力增强,跨越表面势垒的几率增多,在Al基片上容易发生迁徙和重排,进而形成结晶良好的AlN薄膜。在恒定的放电电压下,试样表面均匀密布的微弧不断产生与消灭,其流动性好,给表面吸附粒子提供更多获得足够激活能的机会,晶面成核密度增大,有利于薄膜取向生长。因此,在一定的放电条件下,得到取向各异的多晶AlN陶瓷膜。

2.3 膜层形貌

最优工艺制备的样品的SEM形貌见图2。由图2a可知:经微弧氮化处理后试样表面生成了AlN陶瓷膜,膜浅表层疏松,有大量不规则堆积、似火山堆状的孔洞。微弧氮化过程中,试样表面火花形成的放电通道内瞬时温度能达到上千度,使局部铝熔化,熔融的铝与电解液接触发生一系列反应而形成AlN,在冷却水作用下AlN快速冷却,出现AlN的结晶相。因火花产生和消亡的时间很短,反应过程中看似是火花在不断移动,但实际上是旧的火花不断熄灭,新的微弧火花不断生成的过程,因而造成试样表面形成大量不规则孔洞。孔洞周围大量喷涌的冷凝物AlN增加了铝基体的厚度,长时间的氮化作用导致在纯铝基体上形成了一层致密的氮化膜。从图2b来看,铝基体表面AlN陶瓷膜较薄,厚度在1 μm左右。随放电时间的变化,膜层厚度会随之改变。

以上结果表明,铝材微弧氮化是铝材表面通过电化学及冶金结合等方式生成了结合强度高、致密的氮化膜,提高了铝表面性能,同时又保护了铝基材。

2.4 工艺条件对膜层性能的影响

2.4.1 占空比

最优工艺中占空比变化时膜层的硬度、绝缘电阻和耐压值见表3。由表3可知:占空比从10%升至20%,膜层硬度增加,绝缘电阻增大,耐压值稳定在一定范围内;占空比继续增至30%时,试样表面性能有下降趋势,表面变粗糙。当占空比较大时,1个脉冲周期内微弧放电时间变长,输入能量增大,放电击穿能量变大,反应过程中微弧区等离子体化学、电化学和热化学各种反应更充分,熔融物增多,膜层质量提高;但温度超过一定范围,熔融物喷射出来骤冷形成的孔洞直径变大,表面粗糙度将增加,致密度下降,影响表面性能。因此,选择适当的占空比能改善膜层性能。

2.4.2 放电频率

最优工艺中放电频率变化时膜层的硬度、绝缘电阻和耐压值见表4。由表4可知:随放电频率升高,膜层的硬度、绝缘电阻、耐压值呈增加趋势,物理特性逐渐优化,同时表面表面粗糙度下降。

微弧放电过程中有较高空载电压,且脉冲电源大功率管主回路中无限流电阻,故在脉冲间隙时仍能够维持较高的间隙电压,击穿其他点而形成多点同时放电。对于直流脉冲,两极板间电场方向始终不变。试样置于该电场中,放电频率越高,脉冲持续时间越短,每个周期有效反应时间越短,间隙形成他点放电的几率增加。当下一个放电周期到来时,微弧火花游离,各处均匀放电使得膜层逐渐变得光滑致密,从而提高了陶瓷膜的表面物理性能。因此,在其他放电条件一定的情况下,使用较高的放电频率对改善膜层质量是有益的。

3 结 论

(1)正交试验优化工艺为100 mL超纯水中CO(NH2)2 35.0 g,EDTA-2Na 3.0 g,放电频率1.0 kHz,占空比20%。

(2)各因素的影响由主到次依次为CO(NH2)2浓度、占空比、放电频率、EDTA-2Na浓度。

(3)最优工艺制备的陶瓷膜由多晶AlN组成,膜层致密。

(4)选择适当的占空比和放电频率有利于改善AlN陶瓷膜的性能。

参考文献

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[2]徐永宽,李强,程红娟.HVPE法生长AlN薄膜材料[J].纳米材料与结构,2010,47(2):89～92.

[3]颜国君,陈光德,邱复生.氮化铝薄膜的光学性能[J].光子学报,2006,35(2):221～223.

[4]Cibert C,Tetard F,Djemia P,et a1.Mechanical and physi-cochemical properties AlN thin films obtained by pulsed la-ser deposition[J].Superlattices and Microstructures,2004,36:409～416.

[5]李新梅,孙文磊,憨勇,等.纯钛表面电解液微弧碳氮化制备碳氮化钛厚膜[J].金属学报,2008,44(9):1 105～1 107.

电解铝工艺 篇10

通过不断的发展与完善, 钽电解电容的优势日益明显。钽电解电容的性能优异, 是所有电容器中体积小又能达到较大容量的产品。它的外形多样, 容易制成适于自动化组装的小型和片型元件。这正好适应了目前电子技术向自动化小型化发展的需要。此外, 过去二十年来电解电容器性能也有了显著改进, 尤其表现在增加可靠性和能量密度方面。通过使用新材料、运用先进的制造技术和引入先进的测试方法等手段, 保证了电解电容器在高能量冲击条件下所必需的使用寿命。

1 电解电容器的特殊结构

电解电容器拥有高稳定性、高可靠性、整流效应和自愈作用, 正是因为其具有特殊的结构。其中固体钽电解电容器是其中一个重要的分支。因为其具有体积小、利于片式化、高稳定性和可靠性, 所以在电解电容器市场中占有重要的地位。固体钽电容器外形多样, 按生产方式分, 主要有:烧结型固体、箔式卷绕固体、烧结型液体和箔式卷绕液体四种。

1.1 电解电容器阳极一般采用阀金属 (如铝、钽、铌等) , 与阳极紧密接触的是电解电容器的介质材料, 一般为阀金属的氧化物。而介质材料的另一边则为电解电容器的阴极, 通常采用电解质。

1.2 电解电容器的介质材料是通过对阳极金属电解产生氧化物形成的。有别于通常电容器介质。通常的电容器是由一种独立的绝缘材料所构成, 且须另加电极。而电解电容器的介质是通过阳极金属在电解液中形成的, 所以介质与阳极的接触非常紧密, 不能单独存在。这也是电解电容器具有高稳定性和极性的原因所在。

1.3 为了使电解电容器的阴极与外电路相接, 通常采用石墨和银浆作为电解电容器的阴极引出。最终由烘干后的银与外部粘接载带相连, 实现阴极与外部电路的连接。

这些特殊结构使电解电容器具有独特之处:

1.3.1 由于阳极块中具有很多微孔结构, 使得其比容量非常高, 即单位体积内所具有的电容量特别大。

1.3.2 具有单向导电性, 即具有整流作用, 所以接入外电路时应注意极性。

1.3.3 由于介质层是由阳极金属在电解液中氧化而成, 而生成的介质薄膜在外加电压的作用下产生热量, 容易使其生产电阻率很高的氧化物。从而相当于修复了氧化膜中存在缺陷、裂痕等疵点, 即具有自愈作用。

1.3.4 损耗角正切值较大, 且随频率f升高而增大, 电容量C随频率f升高而下降。这主要是因为电解电容器的微孔效应所致, 其电容量是有两部分组成的。一为阳极的表面形成的电容量, 另一个为微孔中的电容量。当外加电压的频率不断提高时, 微孔效应使得微孔中的电容将逐渐损失, 对外表现电容器的容量随着频率提高而降低。

2 成型与烧结

成型是通过成型机将若干细小的金属粉末制成大小、形状不同的钽阳极块。成型工艺首先要注意钽粉的选择和阳极基体的设计, 钽粉杂质含量不仅直接影响电容器的漏电流、损耗角正切值、电容量和可靠性, 还影响闪火电压的高低, 制造电容器用的钽粉纯度应为99.92%~99.94%。此外对于钽粉比容的选择也很重要, 一般对于高压产品选择比容较低的钽粉, 而对于低压大容量的产品, 一般采用比容较高的钽粉。阳极基体尺寸的设计应考虑下列因素:

2.1 钽粉的成型能力, 粉粒的大小和配比情况;

2.2 现有的模具条件;

2.3 确定成型压力和压制密度。

烧结的作用有两个, 一是纯化压块, 二是增加压块强度, 并且成为具有合适孔隙的多孔体。烧结时, 一方面, 粉末的表面原子力图充当内部原子而使自己处于低能量的位置;另一方面, 晶格的畸变和具有较高内应力的原子, 也要求将自己的能量降低, 恢复自己正常的位置。所以在烧结过程中, 原子会释放出能量。而烧结温度和保温时间是确定烧结工艺的两个主要问题。烧结能够改变阳极块的孔体结构和含杂量。如果烧结温度低且时间短, 则基体的收缩率小, 烧结密度低, 多孔率高, 开口孔数也较多, 因此阳极块的比容较大。但由于烧结温度低、时间短, 阳极体的含杂量高, 所以漏电流大, 击穿电压低。因而对于高压、高工作温度及高可靠性的电容器, 其阳极块就必须要求烧结温度和保温时间相应提高和延长一些。

3 赋能

形成, 也称赋能, 是指利用赋能槽 (如图2-7所示) 在烧结钽块颗粒的表面上生长一层氧化钽薄膜的工艺。对于固体钽电容器, 形成电解液选用0.01%~0.1%H3PO4的水溶液。此外, 形成温度、形成电流密度和形成电压是形成工艺的三个基本参数。

3.1 形成温度

由于采用较高的温度形成时, 可以得到较为致密均匀的氧化膜, 形成一般在85±5℃下完成。

3.2 形成电流密度

氧化膜的生长速度, 取决于阳极化时的电流密度。为了提高生产效率, 就需要增加电流密度。但是电流密度过大, 会使阳极反应产生的热量增加。促使晶化发生。低压形成, 一般采用较大的电流密度, 如15~30 mA/g, 形成速度快, 氧化膜的质量也较好。

3.3 形成电压

形成电压直接决定了介质氧化膜的厚度, 也即是电容器的设计容量。一般固体钽电解电容器的形成电压为额定电压的3.5~5倍。这样可以使得氧化膜有一个较高的承受电压, 同时又避免接近形成液的闪火电压, 使得形成过程良好的进行。

4 被膜工序

被覆固体电解质的过程, 工业上称为被膜, 是指在被膜槽中通过将形成之后的芯子浸入高锰酸钾溶液中, 一段时间后, 进行高温分解形成二氧化锰作为电解电容器的阴极的过程。被膜过程中应注意以下几个问题:

4.1 被覆的固体电解质应该结构致密、附着牢固稳定, 具有良好的导电性且与氧化膜接触良好。

4.2 二氧化锰层是高温分解下生成的, 所以高温使介质膜的损伤从而影响到漏电流和合格率是一个值得重视的问题。

作为电容器电解质的二氧化锰层, 具有多方面的性能。一定晶型和粒度的二氧化锰对于生成结构致密、牢固而又具有良好导电性能的膜层是必要的。由于二氧化锰也是电容器的阴极, 它还必须与介质氧化膜有良好的接触。被覆MnO2电解质层以后, 还要浸渍7~8%的胶体石墨溶液, 在130~220℃下烘干20~30分钟, 反复3~5次, 即在二氧化锰层外得到与其接触良好的导电石墨层。最后, 在石墨外被覆银浆层作阴极引出。

5 结束语

总之, 随着电子设备和仪器整体小型化的发展趋势, 也对电容器提出进一步缩小体积的要求。对于电子设备和仪器, 大量地使用集成芯片, 从而使整机的体积大大降低。然而电容作为电路中大量使用的电子元件, 一直以来是集成的难点。特别是对于大容量的电容基本靠外接技术。所以对于电解电容器自身的体积要求也越来越高, 要求其不断缩小体积。

摘要：电解电容器作为一种重要的电子元件, 从产值角度看, 处于所有电子元器件的首位, 大量运用于电子产品中。从数量角度看, 仅次于陶瓷电容器。固体钽电解电容器是1956年由美国贝尔实验室首先研制成功的。钽电解电容器由于具有小型化、高容量化、薄型化、自愈能力强、高稳定性、高效能及高可靠性等特点, 因此广泛用于电脑、手机、火箭、雷达、飞机和工业控制等电子线路中。进入90年代中后期, 随着摄像机、手机、彩电、个人电脑、汽车、数码相机、移动电话产量的急剧增加, 对钽电容器的需求将更加旺盛。

关键词：钽电解电容器,能量密度,可靠性,整流效应,自愈作用,电流密度

参考文献

[1]钟景明, 李春光, 高勇.片式钽电容器的研究现状与发展趋势[J].稀有金属快报, 2003, 11 (7) :56-58.